Le bilan énergétique terrestre simplifié est représenté sur le schéma suivant :
D'après ce schéma du bilan énergétique terrestre, quelle est la valeur de l'albédo terrestre ?
L'albédo A est le rapport de la puissance de rayonnement réfléchie P_\text{réfléchie} par une surface par la puissance de rayonnement reçue P_\text{reçue} :
A = \dfrac{ P_{\text{réfléchie}} }{ P_{\text{reçue}} }
D'où l'application numérique :
A = \dfrac{102}{341}
A=0{,}299 soit 29,9 %
L'albédo est de 29,9 %.
Toujours d'après le schéma du bilan énergétique terrestre, quelle est la valeur du bilan énergétique entre l'atmosphère et l'extérieur ?
Le bilan énergétique peut être exprimé comme la variation du flux thermique :
\Delta \Phi = \Phi_{reçu} - \Phi_{émis}
Dans le cas présent, à l'interface entre l'atmosphère et l'extérieur, on a :
\Delta \Phi = 341 - (102 + 88 + 151)
\Delta \Phi = 0\text{ W.m}^{-2}
Le bilan énergétique entre l'atmosphère et l'extérieur est nul.
Quelle est la valeur du bilan énergétique entre la surface de la Terre et l'atmosphère ?
Le bilan énergétique peut être exprimé comme la variation du flux thermique :
\Delta \Phi = \Phi_{reçu} - \Phi_{émis}
Dans le cas présent, à l'interface entre la surface de la Terre et l'atmosphère, on a :
\Delta \Phi = (239 + 151) - 390
\Delta \Phi = 0\text{ W.m}^{-2}
Le bilan énergétique entre la surface de la Terre et l'atmosphère est nul.
En utilisant la loi de Stefan-Boltzmann, quelle température terrestre moyenne peut-on déterminer ?
La loi de Stefan-Boltzmann relie le flux thermique \Phi émis par un corps noir en fonction de sa température T :
\Phi_{\text{(W.m}^{-2})} = \sigma_{\text{(J.K}^{-4}\text{m}^{-2}\text{.s}^{-1})} \times T_{\text{(K})}^4
D'où la relation pour la température :
T_{\text{(K})} = \sqrt[4]{\dfrac{\Phi_{\text{(W.m}^{-2})}}{\sigma_{\text{(J.K}^{-4}\text{m}^{-2}\text{.s}^{-1})}}}
Avec \sigma = 5{,}67.10^{-8}{\text{ J.K}^{-4}\text{m}^{-2}\text{.s}^{-1}} la constante de Stefan-Boltzmann.
D'après le schéma, le flux thermique émis par la surface de la Terre est \Phi=390 \text{ W.m}^{-2}.
D'où l'application numérique :
T_ = \sqrt[4]{\dfrac{390}{5{,}67.10^{-8}}}
T=288 \text{ K}
T=288 - 273=15\text{ °C}
La température terrestre moyenne est de 15 °C.
Sur le schéma, on constate qu'une partie du flux thermique émis par la surface de la Terre est absorbée par l'atmosphère terrestre. Une partie de ce flux retourne ensuite à la surface de la Terre.
Comment nomme-t-on ce phénomène ?
L'effet de serre est un phénomène naturel de réchauffement de la surface terrestre. Des gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, vapeur d'eau, etc.) se trouvent dans l'atmosphère et capturent les rayons infrarouges : le sol terrestre et l'atmosphère échangent continuellement de l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge.
Il s'agit de l'effet de serre.